java中常見的死鎖以及解決方法代碼
在java中我們常常使用加鎖機(jī)制來確保線程安全，但是如果過度使用加鎖，則可能導(dǎo)致鎖順序死鎖。同樣，我們使用線程池和信號(hào)量來限制對(duì)資源的使用，但是這些被限制的行為可能會(huì)導(dǎo)致資源死鎖。java應(yīng)用程序無法從死鎖中恢復(fù)過來，因此設(shè)計(jì)時(shí)一定要排序那些可能導(dǎo)致死鎖出現(xiàn)的條件。
1.一個(gè)最簡單的死鎖案例
當(dāng)一個(gè)線程永遠(yuǎn)地持有一個(gè)鎖，并且其他線程都嘗試獲得這個(gè)鎖時(shí)，那么它們將永遠(yuǎn)被阻塞。在線程A持有鎖L并想獲得鎖M的同時(shí)，線程B持有鎖M并嘗試獲得鎖L，那么這兩個(gè)線程將永遠(yuǎn)地等待下去。這種就是最簡答的死鎖形式（或者叫做"抱死"）。
2.鎖順序死鎖
如圖：leftRight和rightLeft這兩個(gè)方法分別獲得left鎖和right鎖。如果一個(gè)線程調(diào)用了leftRight，而另一個(gè)線程調(diào)用了rightLeft，并且這兩個(gè)線程的操作是交互執(zhí)行，那么它們就會(huì)發(fā)生死鎖。
死鎖的原因就是兩個(gè)線程試圖以不同的順序來獲得相同的鎖。所以，如果所有的線程以固定的順序來獲得鎖，那么在程序中就不會(huì)出現(xiàn)鎖順序死鎖的問題。
2.1.動(dòng)態(tài)的鎖順序死鎖
我以一個(gè)經(jīng)典的轉(zhuǎn)賬案例來進(jìn)行說明，我們知道轉(zhuǎn)賬就是將資金從一個(gè)賬戶轉(zhuǎn)入另一個(gè)賬戶。在開始轉(zhuǎn)賬之前，首先需要獲得這兩個(gè)賬戶對(duì)象得鎖，以確保通過原子方式來更新兩個(gè)賬戶中的余額，同時(shí)又不破壞一些不變形條件，例如 賬戶的余額不能為負(fù)數(shù)。
所以寫出的代碼如下：
//動(dòng)態(tài)的鎖的順序死鎖
public class DynamicOrderDeadlock {
public static void transferMoney(Account fromAccount,Account toAccount,int amount,int from_index,int to_index) throws Exception {
System.out.println("賬戶 "+ from_index+"~和賬戶~"+to_index+" ~請(qǐng)求鎖");
synchronized (fromAccount) {
System.out.println(" 賬戶 >>>"+from_index+" <<<獲得鎖");
synchronized (toAccount) {
System.out.println(" 賬戶 "+from_index+" & "+to_index+"都獲得鎖");
if (fromAccount.compareTo(amount) < 0) {
throw new Exception();
}else {
fromAccount.debit(amount);
toAccount.credit(amount);
}
}
}
}
static class Account {
private int balance = 100000;//這里假設(shè)每個(gè)人賬戶里面初始化的錢
private final int accNo;
private static final AtomicInteger sequence = new AtomicInteger();
public Account() {
accNo = sequence.incrementAndGet();
}
void debit(int m) throws InterruptedException {
Thread.sleep(5);//模擬操作時(shí)間
balance = balance + m;
}
void credit(int m) throws InterruptedException {
Thread.sleep(5);//模擬操作時(shí)間
balance = balance - m;
}
int getBalance() {
return balance;
}
int getAccNo() {
return accNo;
}
public int compareTo(int money) {
if (balance > money) {
return 1;
}else if (balance < money) {
return -1;
}else {
return 0;
}
}
}
}
public class DemonstrateDeadLock {
private static final int NUM_THREADS = 5;
private static final int NUM_ACCOUNTS = 5;
private static final int NUM_ITERATIONS = 100000;
public static void main(String[] args) {
final Random rnd = new Random();
final Account[] accounts = new Account[NUM_ACCOUNTS];
for(int i = 0;i < accounts.length;i++) {
accounts[i] = new Account();
}
class TransferThread extends Thread{
@Override
public void run() {
for(int i = 0;i < NUM_ITERATIONS;i++) {
int fromAcct = rnd.nextInt(NUM_ACCOUNTS);
int toAcct =rnd.nextInt(NUM_ACCOUNTS);
int amount = rnd.nextInt(100);
try {
DynamicOrderDeadlock.transferMoney(accounts[fromAcct],accounts[toAcct], amount,fromAcct,toAcct);
//InduceLockOrder.transferMoney(accounts[fromAcct],accounts[toAcct], amount);
//InduceLockOrder2.transferMoney(accounts[fromAcct],accounts[toAcct], amount);
}catch (Exception e) {
System.out.println("發(fā)生異常-------"+e);
}
}
}
}
for(int i = 0;i < NUM_THREADS;i++) {
new TransferThread().start();
}
}
}
打印結(jié)果如下：
注意：這里的結(jié)果是我把已經(jīng)執(zhí)行完的給刪除后，只剩下導(dǎo)致死鎖的請(qǐng)求.
//通過鎖順序來避免死鎖
public class InduceLockOrder {
private static final Object tieLock = new Object();
public static void transferMoney(final Account fromAcct, final Account toAcct, final int amount)
throws Exception {
class Helper {
public void transfer() throws Exception {
if (fromAcct.compareTo(amount) < 0) {
throw new Exception();
} else {
fromAcct.debit(amount);
toAcct.credit(amount);
}
}
}
int fromHash = System.identityHashCode(fromAcct);
int toHash = System.identityHashCode(toAcct);
if (fromHash < toHash) {
synchronized (fromAcct) {
synchronized (toAcct) {
new Helper().transfer();
}
}
} else if (fromHash > toHash) {
synchronized (toAcct) {
synchronized (fromAcct) {
new Helper().transfer();
}
}
} else {
synchronized (tieLock) {
synchronized (fromAcct) {
synchronized (toAcct) {
new Helper().transfer();
}
}
}
}
}
static class Account {
private int balance = 100000;
public Account() {
}
void debit(int m) throws InterruptedException {
Thread.sleep(5);
balance = balance + m;
}
void credit(int m) throws InterruptedException {
Thread.sleep(5);
balance = balance - m;
}
int getBalance() {
return balance;
}
public int compareTo(int money) {
if (balance > money) {
return 1;
}else if (balance < money) {
return -1;
}else {
return 0;
}
}
}
}
經(jīng)過我測試，此方案可行，不會(huì)造成死鎖。
方案二
在Account中包含一個(gè)唯一的，不可變的，值。比如說賬號(hào)等。通過對(duì)這個(gè)值對(duì)對(duì)象進(jìn)行排序。
具體代碼如下
public class InduceLockOrder2 {
public static void transferMoney(final Account fromAcct, final Account toAcct, final int amount)
throws Exception {
class Helper {
public void transfer() throws Exception {
if (fromAcct.compareTo(amount) < 0) {
throw new Exception();
} else {
fromAcct.debit(amount);
toAcct.credit(amount);
}
}
}
int fromHash = fromAcct.getAccNo();
int toHash = toAcct.getAccNo();
if (fromHash < toHash) {
synchronized (fromAcct) {
synchronized (toAcct) {
new Helper().transfer();
}
}
} else if (fromHash > toHash) {
synchronized (toAcct) {
synchronized (fromAcct) {
new Helper().transfer();
}
}
}
}
static class Account {
private int balance = 100000;
private final int accNo;
private static final AtomicInteger sequence = new AtomicInteger();
public Account() {
accNo = sequence.incrementAndGet();
}
void debit(int m) throws InterruptedException {
Thread.sleep(6);
balance = balance + m;
}
void credit(int m) throws InterruptedException {
Thread.sleep(6);
balance = balance - m;
}
int getBalance() {
return balance;
}
int getAccNo() {
return accNo;
}
public int compareTo(int money) {
if (balance > money) {
return 1;
}else if (balance < money) {
return -1;
}else {
return 0;
}
}
}
}
經(jīng)過測試此方案也可行。
2.2在協(xié)作對(duì)象之間發(fā)生的死鎖
如果在持有鎖時(shí)調(diào)用某外部的方法，那么將出現(xiàn)活躍性問題。在這個(gè)外部方法中可能會(huì)獲取其他的鎖（這個(gè)可能產(chǎn)生死鎖），或阻塞時(shí)間過長，導(dǎo)致其他線程無法及時(shí)獲得當(dāng)前持有的鎖。
場景如下：Taxi代表出租車對(duì)象，包含當(dāng)前位置和目的地。Dispatcher代表車隊(duì)。當(dāng)一個(gè)線程收到GPS更新事件時(shí)掉用setLocation,那么它首先更新出租車的位置，然后判斷它是否到達(dá)目的地。如果已經(jīng)到達(dá)，它會(huì)通知Dispatcher:它需要一個(gè)新的目的地。因?yàn)閟etLocation和notifyAvailable都是同步方法，因此掉用setLocation線程首先獲取taxi的鎖，然后在獲取Dispatcher的鎖。同樣，掉用getImage的線程首先獲取Dispatcher的鎖，再獲取每一個(gè)taxi的鎖，這兩個(gè)線程按照不同的順序來獲取鎖，因此可能導(dǎo)致死鎖。
能造成死鎖的代碼如下：
//會(huì)發(fā)生死鎖
public class CooperatingDeadLock {
// 坐標(biāo)類
class Point {
private final int x;
private final int y;
public Point(int x, int y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
public int getX() {
return x;
}
public int getY() {
return y;
}
}
// 出租車類
class Taxi {
private Point location, destination;
private final Dispatcher dispatcher;
public Taxi(Dispatcher dispatcher) {
this.dispatcher = dispatcher;
}
public synchronized Point getLocation() {
return location;
}
public synchronized void setLocation(Point location) {
this.location = location;
if (location.equals(destination)) {
dispatcher.notifyAvailable(this);
}
}
public synchronized Point getDestination() {
return destination;
}
public synchronized void setDestination(Point destination) {
this.destination = destination;
}
}
class Dispatcher {
private final Set<Taxi> taxis;
private final Set<Taxi> availableTaxis;
public Dispatcher() {
taxis = new HashSet<>();
availableTaxis = new HashSet<>();
}
public synchronized void notifyAvailable(Taxi taxi) {
availableTaxis.add(taxi);
}
public synchronized Image getImage() {
Image image = new Image();
for(Taxi t:taxis) {
image.drawMarker(t.getLocation());
}
return image;
}
}
class Image{
public void drawMarker(Point p) {
}
}
}
解決方案：使用開放掉用。
如果再調(diào)用某個(gè)方法時(shí)不需要持有鎖，那么這種調(diào)用就被稱為開放掉用。這種調(diào)用能有效的避免死鎖，并且易于分析線程安全。
修改后的代碼如下：
//此方案不會(huì)造成死鎖
public class CooperatingNoDeadlock {
// 坐標(biāo)類
class Point {
private final int x;
private final int y;
public Point(int x, int y) {
this.x = x;
this.y = y;
}
public int getX() {
return x;
}
public int getY() {
return y;
}
}
// 出租車類
class Taxi {
private Point location, destination;
private final Dispatcher dispatcher;
public Taxi(Dispatcher dispatcher) {
this.dispatcher = dispatcher;
}
public synchronized Point getLocation() {
return location;
}
public void setLocation(Point location) {
boolean reachedDestination;
synchronized (this) {
this.location = location;
reachedDestination = location.equals(destination);
}
if (reachedDestination) {
dispatcher.notifyAvailable(this);
}
}
public synchronized Point getDestination() {
return destination;
}
public synchronized void setDestination(Point destination) {
this.destination = destination;
}
}
class Dispatcher {
private final Set<Taxi> taxis;
private final Set<Taxi> availableTaxis;
public Dispatcher() {
taxis = new HashSet<>();
availableTaxis = new HashSet<>();
}
public synchronized void notifyAvailable(Taxi taxi) {
availableTaxis.add(taxi);
}
public Image getImage() {
Set<Taxi> copy;
synchronized (this) {
copy = new HashSet<>(taxis);
}
Image image = new Image();
for(Taxi t:copy) {
image.drawMarker(t.getLocation());
}
return image;
}
}
class Image{
public void drawMarker(Point p) {
}
}
}
總結(jié)：活躍性故障是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，因?yàn)楫?dāng)出現(xiàn)活躍性故障時(shí)，除了終止應(yīng)用程序之外沒有其他任何機(jī)制可以幫助從這種故障中恢復(fù)過來。最常見的活躍性故障就是鎖順序死鎖。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該避免產(chǎn)生順序死鎖：確保線程在獲取多個(gè)鎖時(shí)采用一直的順序。最好的解決方案是在程序中始終使用開放掉用。這將大大減小需要同時(shí)持有多個(gè)鎖的地方，也更容易發(fā)現(xiàn)這些地方。
以上所述是小編給大家介紹的java中常見的死鎖以及解決方法詳解整合，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問請(qǐng)給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的。在此也非常感謝大家對(duì)腳本之家網(wǎng)站的支持！
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